DE19857473A1 - Wärmeübertrager für einen gasbeheizten Wassererhitzer - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager (12) für einen gasbeheizten Wassererhitzer, mit einem Lamellenblock, der mit Rohren (16) für das wärmeaufnehmende Medium durchsetzt ist. Es wird vorgeschlagen, daß die einzelnen Lamellen (14, 14') aus einer Werkstoffpaarung mit einem kondensatbeständigen Material, wie z. B. Edelstahl, und einem gut wärmeleitenden Material, wie z. B. Kupfer oder Aluminium, bestehen. Damit kann ein Wärmeübertrager hergestellt werden, der bei einem modulierenden Betrieb des Wassererhitzers den bestmöglichen Wirkungsgrad erzielt, ohne daß es zu Kondensationsproblemen kommt.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem gasbeheizten Wassererhitzer nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei bekannten Wärmeübertragern dieser Gattung sind die Lamellen einheitlich aus Edelstahl oder Kupfer gebildet. Der hohe Wirkungsgrad des gut wärmeleitenden Kupfers läßt kompakte Wärmeübertrager in hohen Leistungsbereichen zu, jedoch tritt im Teillastbetrieb das Problem der Kondensatbildung auf. Der Einsatz von Edelstahl ermöglicht aufgrund der geringeren Wärmeleitfähigkeit einen kondensatfreien Teillastbetrieb des Wassererhitzers; jedoch werden bei hohen Belastungen Temperaturspitzen erreicht, die das Ausglühen des Materials und/oder große thermomechanische Spannungen verursachen.

In der AT 1736/96 wird bei einem mehrlagigen Lamellenwärmetauscher vorgeschlagen, die näher am Brenner angeordnete Lage aus einem kondensatbeständigen Material herzustellen, wogegen die zweite Lage des Wärmetauschers aus einem gut wärmeleitenden Material, wie z. B. Kupfer oder Aluminium, ausgebildet ist.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Anordnung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß der Wärmeübertrager für einen größeren Modulationsbereich des gasbeheizten Wassererhitzers eingesetzt werden kann. Durch den kombinierten Materialeinsatz bei den Lamellen des Wärmeübertragers bleibt auch im Teillastbetrieb das Temperaturniveau oberhalb der Kondensationsgrenze, während durch die gewählte Werkstoffpaarung der Wärmeübergang gegen über einem aus Edelstahl-Lamellen aufgebauten Wärmeübertrager verbessert wird.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Anordnung nach dem Hauptanspruch möglich.

Zur weiteren Verbesserung des Wärmeübergangs wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, im oberen Teil der Lamellen Wirbelerzeuger für die Verbrennungsgase, z. B. in Form sogenannter Delta-Winglets, einzubringen.

Ein hoher Wärmefluß zwischen den verschiedenen Werkstoffteilen der Lamelle wird erreicht, wenn diese durch Laserstrahl- oder Quetschnahtschweißen zusammengefügt sind.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Teilbereich eines Wärmeübertragers und eines Verbrennungsschachtes eines gasbeheizten Wassererhitzers, Fig. 2 einen zweiteiligen und Fig. 3 einen dreiteiligen Aufbau einer Lamelle des Wärmeübertragers.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Ein Wassererhitzer hat einen Verbrennungsschacht 10, auf dem ein als ganzes mit der Bezugszahl 12 versehener Wärmeübertrager aufgesetzt und durch in der Zeichnung nicht sichtbare Mittel festgehalten ist. Der Wärmeübertrager 12 weist einen aus Einzellamellen 14 bestehenden Lamellenblock auf, durch den mehrere parallel nebeneinander angeordnete Wasserrohre 16 hindurchgeführt sind. Die Wasserrohre 16 münden beidseitig in die Wasserkammern 18 ein, die aus einem Grundteil 20 und einem Deckelteil 22 gebildet sind. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind die Endlamellen 24 mit einem aus der Lamellenebene abgewinkelten Randstreifen 26 und oben mit einem schräg abgewinkelten Randschenkel 28 versehen. Mit dem Randstreifen 26 sitzt der Wärmeübertrager 12 zentriert auf dem Verbrennungsschacht 10 auf. Der Randschenkel 28 bildet eine Führung und eine Auflage für eine Strömungssicherung, die von vorn auf den Wärmeübertrager 12 aufschiebbar ist.

Im ersten Ausführungsbeispiel sind die Lamellen 14 des Wärmeübertragers 12, wie Fig. 2 zeigt, zweiteilig aufgebaut. Der untere, den Verbrennungsgasen zugewandte Teil 14a der Lamelle besteht aus Edelstahl, während der obere Teil 14b der Lamelle aus Kupfer besteht. Bei der Herstellung des Wärmeübertragers werden beide Lamellenteile jeweils von unten bzw. von oben auf die Wasserrohre 16 aufgeschoben und miteinander verlötet. Andere Befestigungsmethoden, bei denen z. B. die beiden Lamellen durch Rastmittel miteinander verbunden werden, sind ebenfalls möglich.

Während der Verbrennung strömen die heißen Verbrennungsgase über den Verbrennungsschacht 10 zum Wärmeübertrager 12, wo sie nach Wechselwirkung mit diesem, auf eine entsprechende Temperatur heruntergekühlt, den Wassererhitzer über eine nicht dargestellte Abgasabführung verlassen.

Durch die mehrteilige Ausbildung der Lamellen wird erreicht, daß aufgrund der niedrigen Wärmeleitfähigkeit des Edelstahls auch im Teillastbetrieb des Wassererhitzers das Temperaturniveau der Abgase oberhalb der Kondensationsgrenze liegt, während insbesondere im oberen Leistungsbereich des Wassererhitzers durch den aus Kupfer gebildeten Lamellenteil der Wirkungsgrad der Wärmeübertragung erhöht wird, während gleichzeitig thermomechanische Spannungen oder ein Ausglühen des Lamellenmaterials verhindert wird. Dieser Effekt wird verstärkt, wenn wie in Fig. 2 dargestellt, im oberen Lamellenteil 14b Wirbelerzeuger, z. B. in Form von sogenannten Delta-Winglets, eingebracht werden.

In Fig. 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer mehrteilig aufgebauten Lamelle 14 dargestellt, wobei in diesem Fall drei Lamellenteile 14'a, 14'b und 14'c durch Laserstrahlschweißen oder Quetschnahtschweißen zusammengefügt werden. Diese beispielsweise von der Fa. Thyssen Fügetechnik GmbH für den Kfz-Bereich angewendeten Fügeverfahren mit denen sogenannte "tailored blanks" hergestellt werden, ermöglichen auch hochfeste Verbindungen von verschiedenen Metallen zu einem der Anwendung angepassten tailored blank. In Bezug auf die dreiteilig ausgebildete Lamelle 14 des Wärmeübertragers 12 besteht im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel der untere, den Verbrennungsgasen zugewandte Teil 14'a der Lamelle aus Kupfer, während der mittlere Teil 14'b der Lamelle aus einem ferritischen Edelstahl und der obere Teil 14'c der Lamelle aus einem austenitischen Edelstahl besteht. Mit dieser Werkstoffreihenfolge für die Lamellen 14' kann ebenfalls ein Wärmeübertrager hergestellt werden, der den verschiedenen Belastungen, die beim modulierenden Betrieb des Wassererhitzers auftreten, gerecht wird, wobei gegenüber Wärmeübertragern mit Edelstahllamellen der Wirkungsgrad verbessert wird, ohne daß es zu Kondensationsproblemen kommt. Durch die verwendete "tailored blank"-Technologie kann die Wärme aus dem heißen unteren Bereich der Lamelle 14'a in den kälteren mittleren bzw. oberen Bereich 14'b bzw. 14'c der Lamelle fließen, so daß eine Kondensation vermieden wird. Der aus ferritischem Edelstahl bestehende mittlere Lamellenteil 14'b gewährleistet eine hohe Festigkeit und Sicherheit gegen Spannungsrißkorrosion, während der aus austenitischem Edelstahl bestehende obere Lamellenteil 14'c gegen abtragende Korrosion beständig ist und gute Zähigkeitseigenschaften aufweist.

Claims (3)

1. Wärmeübertrager für einen gasbeheizten Wassererhitzer, mit einem Lamellenblock, der mit Rohren für das wärmeaufnehmende Medium durchsetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Lamellen (14, 14') aus einer Werkstoffpaarung mit einem kondensatbeständigen Material, wie z. B. Edelstahl, und einem gut wärmeleitenden Material, wie z. B. Kupfer oder Aluminium, bestehen.

2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Teil (14b) der Lamelle zur Verbesserung des Wärmeübergangs Wirbelerzeuger (30) eingebracht sind.

3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellenteile (14'a, 'b, 'c) durch Laserstrahlschweißen oder Quetschnahtschweißen zusammengefügt sind.